第四章电力电子电路.pptVIP

第4章 开关电源中的电力电子电路;4.1 开关电源中的电力电子电路的分类;非隔离型电路比隔离型电路结构简单、成本低，但大多数应用需要开关电源的输出端和输入端隔离，或需要多组相互隔离输出，因此隔离电路的应用较广。 非隔离型也有不少应用，像开关型稳压器、直流斩波器等。 本书所提到的电力电子电路，除非特别说明，都是指非回馈型电路。 在4.5节专门对回馈型电路做介绍。;4.2 非隔离型电路;4.2 非隔离型电路? 引言; 直流变换器的工作原理;输出电压平均值的改变： D是0～1之间变化的系数，因此在D的变化范围内输出电压U0总是小于输入电压Ud，改变D值就可以改变输出电压的大小。 占空比的改变：通过改变Ton 或T都可以实现。 ;4.2.1 降压型直流变换器（Buck）;Buck变换器电感电流连续状态时的工作特性： Buck变换器有两种可能运行的情况：电感电流连续模式CCM和电感电流断续模式DCM。电感电流连续是指电感电流在整个周期内都存在；而电感电流断续是指电感电流在开关管V阻断期间后期一段时间内，电感电流已降为0。处于这两种情况的临界点称为电感电流临界连续状态，这时在开关管阻断结束，电感电流刚好结束。 理想的电力电子变换器 开关管V和二极管VD从导通变阻断或从阻断变导通，过渡时间为0，且通态压降为0，断态漏电流为0。 在一个周期内，输入电压Ud保持不变，输出电压有很小的纹波，可认为Uo保持恒定。 电感和电容均为无损耗的理想储能元件。 线路阻抗为0。;两种开关状态：; 开关状态2 [Toff期间]， V截止，VD导通，等效电路（图4.2b） t≥Ton时，开关管V阻断，电感电流不能突变，VD导通为L续流。电感释放能量，给负载供电，由于输出滤波电容两端的电压Uo保持不变，所以电感两端的电压 uL＝-Uo保持不变，所以电感电流线性减小，在t =T 时，iL减小到最小值。 此期间， iVD＝ iL，是线性减小的；ic＝ iL－ Io，也是线性减小的，从ILmax-Io 减小到ILmin-Io 。 电感电流的减小量为： 当t≥T后，开关管开通，进入下一个周期。; 结论： 当电路处于稳态时，电感电流得增加和减小量是相等的，由①、② 可以得到： 因为： 所以： 因此：Buck直流变换器为降压型直流变换器 电压电流基本关系： 假设变换器没有能力损耗，则： 从而得到输入和输出电流之间的关系;见图4.2（c） 稳态时，一个开关周期内，C的充放电平均电流相等，所 以负载输出的平均电流Io 就是iL 的 平均值 ，即： 这样就可以求出电感电流的最大和最小值： 开关管V和二极管VD的电流幅值与电感电流最大值相等 开关管V和二极管VD的电压幅值相等 电容在一个周期内的放电电荷为： 输出电压的脉动量（脉动峰-峰值)为: ;2. Buck变换器电感电流断续状态时的工作特性： 三种开关状态 与电感电流连续的状态时相比，增加了V和VD都截止的第三种工作状态。如图所示： 临界连续状态;3.降压斩波电路设计举例;选择输出电感纹波电流： 开关管、二极管电流峰值： 电感电流峰值： 输出滤波电容纹波电流： 电感纹波电流： 电感电流有效值： 近似等于输出电流 20A 设计电感： ;输出电容的计算（理想电容）： 输出电容的计算（考虑电容等效串联电阻）： ;初选开关管为: IGBT APT APT30GT60BR (600V, 30A) 二极管为: IXYS DSEI30-06A (600V, 37A);IGBT损耗估算 通态损耗最大值: 开关损耗估计: 结壳温差: 二极管损耗估算 通态损耗最大值: 开关损耗估计: 结壳温差: 散热器热阻计算 初选散热器表面温度: 80 ℃ 核算二极管和IGBT结温: IGBT 114.8 ℃ 二极管 98.4 ℃ 计算散热器热阻;4.2.2 升压型直流变换器（Boost）; 电路结构和升压原理 像Buck变换器那样，在电源和负载之间串接一个通-断控制的开关器件，不可能获得高于电源电压的直流电压。为了获得高于电源电压的直流输出电压，一个简单而有效的办法就是利用电感线圈L在其电流减小时所产生的反电动势。当电感电流减小时，反电动势为正值，与电源一起为负载供电，则负载获得高于电源的电压 Boost变换器是输出电压高于输入电压的单管不隔离直流变换器，电感L在输入侧，称为升压电感。 Bo